项目3 磁路分析与变压器基础

1、项目项目3磁路分析与变压器基础磁路分析与变压器基础项目项目3磁路分析与变压器基础磁路分析与变压器基础1掌握磁场的基本物理量。掌握磁场的基本物理量。2能分析变压器的工作原理。能分析变压器的工作原理。任务目标任务目标任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.1磁路磁路磁感应强度是磁场的基本物理量，磁感应强度是磁场的基本物理量，它是根据洛仑兹力来定义的，是一它是根据洛仑兹力来定义的，是一个矢量，用符号个矢量，用符号B来表示。来表示。3.1.1.1磁感应强度磁感应强度任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.1磁路

2、磁路3.1.1.2磁通磁通磁感应强度矢量的通量称为磁通磁感应强度矢量的通量称为磁通量量(magnetic flux)，是一个标量，用符号，是一个标量，用符号 来表示。来表示。用数学式表示磁通的定义为用数学式表示磁通的定义为BS(3-2)任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.1磁路磁路3.1.1.3磁导率磁导率磁导率磁导率 是表示物质导磁性能的物理量，它的单位是表示物质导磁性能的物理量，它的单位是是H/m(亨亨/米米)。r0r0 或或(3-6)3.1.1.4磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度H的大小与磁感应强度的大小与磁感应强度B的大小之间的关系是的

3、大小之间的关系是BHBH或或(3-7)任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能3.1.2.1磁化曲线与磁滞回线磁化曲线与磁滞回线(1) 起始磁化曲线。起始磁化曲线。图图3-1磁化曲线磁化曲线任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能3.1.2.1磁化曲线与磁滞回线磁化曲线与磁滞回线(2) 磁滞回线。磁滞回线。在交流电机或电器中的铁磁物质常受到交变在交流电机或电器中的铁磁物质常受到交变磁化，反复磁化过程的磁化，反复磁化过程的BH曲线称磁滞回

4、曲线称磁滞回线，而不是起始磁化曲线。线，而不是起始磁化曲线。任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能3.1.2.1磁化曲线与磁滞回线磁化曲线与磁滞回线(3) 基本磁化曲线。基本磁化曲线。图图3-2磁滞回线磁滞回线任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能3.1.2.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能高导磁性。高导磁性。1磁饱和性。磁饱和性。 2磁滞性。磁滞性。3任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律

5、3.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能3.1.2.3铁磁材料的种类和用途铁磁材料的种类和用途按磁滞回线的形状按磁滞回线的形状(1) 软磁材料。软磁材料。(2) 硬磁材料。硬磁材料。任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.3磁路和磁路欧姆定律磁路和磁路欧姆定律3.1.3.1磁路磁路特点特点在对磁路的初步计算时常将漏掉的磁在对磁路的初步计算时常将漏掉的磁通忽略不计，认为全部磁通都集中在通忽略不计，认为全部磁通都集中在磁路里，磁路通常由若干段组成，若磁路里，磁路通常由若干段组成，若每段由同一种材料组成且具有相同的每段由同一种材料组成且具有相同的截面积

6、，磁路中任意截面上的磁通的截面积，磁路中任意截面上的磁通的分布被认为是均匀的，同时认为各段分布被认为是均匀的，同时认为各段中的磁场强度相同且与磁路路径一致。中的磁场强度相同且与磁路路径一致。任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.3磁路和磁路欧姆定律磁路和磁路欧姆定律3.1.3.2磁通势磁通势围绕磁路的某一线圈的电流围绕磁路的某一线圈的电流i与其匝数与其匝数N的的乘积乘积Ni称为该线圈电流产生的磁通势，简称为该线圈电流产生的磁通势，简称磁势。用符号称磁势。用符号Fm表示，即表示，即Fm=Ni。任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的

7、基本定律和电磁感应定律3.1.3磁路和磁路欧姆定律磁路和磁路欧姆定律3.1.3.3磁路欧姆定律磁路欧姆定律(1) 磁路中的基尔霍夫定律。磁路中的基尔霍夫定律。 0，或，或 入入 出出(3-8)(2) 基尔霍夫第二定律。基尔霍夫第二定律。 Hl= Ni (3-9)任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.3磁路和磁路欧姆定律磁路和磁路欧姆定律3.1.3.3磁路欧姆定律磁路欧姆定律(3) 磁路中的欧姆定律。磁路中的欧姆定律。Um=Rm (3-8)(4) 线性磁路的计算。线性磁路的计算。任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁

8、感应定律3.1.3磁路和磁路欧姆定律磁路和磁路欧姆定律3.1.3.4涡流涡流图图3-4涡流示意图涡流示意图任务任务3.1掌握磁路的基本定律和电磁感应定律掌握磁路的基本定律和电磁感应定律3.1.3磁路和磁路欧姆定律磁路和磁路欧姆定律3.1.3.4涡流涡流图图3-5涡流的应用涡流的应用任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.1认识变压器的基本结构认识变压器的基本结构图图3-6变压器结构示意图变压器结构示意图任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.2分析变压器的工作原理分析变压器的工作原理图图3-7空载时的变压器空载时的变压器3.2.2.1变压器的空载运行变压器的空载运行任务任务3.2认识变压器

9、认识变压器3.2.2分析变压器的工作原理分析变压器的工作原理3.2.2.1变压器的空载运行变压器的空载运行(1) 空载电流空载电流I0。 在外加正弦电压在外加正弦电压u1的作用下，线圈内有的作用下，线圈内有交变电流交变电流i0流过。这时原线圈内的电流，流过。这时原线圈内的电流，称作变压器的空载电流，又称激磁电流。称作变压器的空载电流，又称激磁电流。它与原线圈匝数它与原线圈匝数N1的乘积的乘积i0N1称为激磁称为激磁磁势。磁势。任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.2分析变压器的工作原理分析变压器的工作原理3.2.2.1变压器的空载运行变压器的空载运行(2) 原、副绕组中的感应电动势。原、副

10、绕组中的感应电动势。设主磁通按正弦规律变化，即设主磁通按正弦规律变化，即= msint (3-12)则原线圈中的感应电动势为则原线圈中的感应电动势为111m1mdcossin()d2 eNNtNtt (3-13)任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.2分析变压器的工作原理分析变压器的工作原理3.2.2.1变压器的空载运行变压器的空载运行(2) 原、副绕组中的感应电动势。原、副绕组中的感应电动势。感应电动势最大值感应电动势最大值1m1m1m2 ENfN (3-14)感应电动势有效值感应电动势有效值(3-15)1 m11m4 .4 42EEfN 任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.2分析

11、变压器的工作原理分析变压器的工作原理3.2.2.1变压器的空载运行变压器的空载运行(3) 电压平衡方程、电压比。电压平衡方程、电压比。(3-18)111u222UENKUEN任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.2分析变压器的工作原理分析变压器的工作原理3.2.2.2变压器的负载运行变压器的负载运行变压器副边接上负载阻抗变压器副边接上负载阻抗Z后，副线圈中通过电流后，副线圈中通过电流i2，如图，如图3-8所示。所示。图图3-8有负载时的变压器有负载时的变压器任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.2分析变压器的工作原理分析变压器的工作原理3.2.2.2变压器的负载运行变压器的负载运行用数

12、学式表示为用数学式表示为(3-19)112201i Ni Ni N矢量式为矢量式为(3-20)112201I NI NI N任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.2分析变压器的工作原理分析变压器的工作原理3.2.2.3变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用若在变压器副边接一电阻若在变压器副边接一电阻R，如图，如图3-9所示。那么从所示。那么从原边两端来看，等效电阻为原边两端来看，等效电阻为211221212 2122/()/UNUNNURIN INNI因为因为22URI所以所以212()NRRN(3-25)称为折算电阻。称为折算电阻。R任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.2分析变压

13、器的工作原理分析变压器的工作原理3.2.2.3变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用图图3-9变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.3变压器的额定值、功率和效率变压器的额定值、功率和效率3.2.3.1变压器的额定值变压器的额定值变压器的额定值标注在铭牌上或书写在使用说明书变压器的额定值标注在铭牌上或书写在使用说明书中，主要有：中，主要有：(1) 额定电压。额定电压。(2) 额定电流。额定电流。(3) 额定容量。额定容量。(4) 额定频率额定频率 。(5) 额定温升。额定温升。Nf任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.3变压器的额定值、功率和效率变压器的

14、额定值、功率和效率3.2.3.2变压器的功率变压器的功率变压器的功率消耗等于输入功率变压器的功率消耗等于输入功率 和输和输出功率出功率 之差，即之差，即11 11cosPU I22 22cosPU IL12PPP(3-26)变压器功率损耗包括铁损和铜损。变压器功率损耗包括铁损和铜损。任务任务3.2认识变压器认识变压器3.2.3变压器的额定值、功率和效率变压器的额定值、功率和效率3.2.3.3变压器的效率变压器的效率变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比，即比，即21100%PP(3-27)大容量变压器的效率可达大容量变压器的效率可达98%99

15、%，小型电源变，小型电源变压器效率约为压器效率约为70%80%。任务任务3.3变压器的应用变压器的应用3.3.1自耦变压器的认识与应用自耦变压器的认识与应用3.3.1.1自耦变压器的工作原理自耦变压器的工作原理自耦变压器没自耦变压器没有独立的二次有独立的二次绕组，它将原绕组，它将原绕组的一部分绕组的一部分作为二次绕组。作为二次绕组。如图如图3-10所示所示为一台单相降为一台单相降压自耦变压器压自耦变压器的工作原理图。的工作原理图。图图3-10单相自耦变压器工作原理图单相自耦变压器工作原理图任务任务3.3变压器的应用变压器的应用3.3.1自耦变压器的认识与应用自耦变压器的认识与应用3.3.1.2

16、使用时应注意的问题使用时应注意的问题(1) 在电网中运行的自耦变压器，中性在电网中运行的自耦变压器，中性点必须可靠接地。点必须可靠接地。(2) 一次侧、二次侧需加装避雷装置。一次侧、二次侧需加装避雷装置。任务任务3.3变压器的应用变压器的应用3.3.1自耦变压器的认识与应用自耦变压器的认识与应用3.3.1.2使用时应注意的问题使用时应注意的问题(3) 自耦变压器的短路阻抗比普通变压自耦变压器的短路阻抗比普通变压器小，产生的短路电流大，所以对自器小，产生的短路电流大，所以对自耦变压器短路保护措施的要求比双绕耦变压器短路保护措施的要求比双绕组变压器要高，要求有限制短路电流组变压器要高，要求有限制短

17、路电流的措施。的措施。(4) 使用三相自耦变压器时，由于一般使用三相自耦变压器时，由于一般采用采用Y/y连接，为了防止产生三次谐波连接，为了防止产生三次谐波磁通，通常增加一个三角形连接的附磁通，通常增加一个三角形连接的附加绕组，用来抵消三次谐波。加绕组，用来抵消三次谐波。任务任务3.3变压器的应用变压器的应用3.3.2仪用互感器的认识与应用仪用互感器的认识与应用3.3.2.1电压互感器电压互感器图图3-12电压互感器接线图电压互感器接线图任务任务3.3变压器的应用变压器的应用3.3.2仪用互感器的认识与应用仪用互感器的认识与应用3.3.2.2电流互感器电流互感器图图3-13电流互感器接线图电流

18、互感器接线图任务任务3.3变压器的应用变压器的应用3.3.2仪用互感器的认识与应用仪用互感器的认识与应用3.3.2.2电流互感器电流互感器图图3-14钳形电流表钳形电流表任务任务3.3变压器的应用变压器的应用3.3.3电焊机变压器的认识与应用电焊机变压器的认识与应用3.3.3.1电焊工艺对变压器的要求电焊工艺对变压器的要求(1) 空载时，空载电压空载时，空载电压 一般应在一般应在6075V，以保证容，以保证容易起弧。易起弧。(2) 负载负载(即焊接即焊接)时，变压器应具有迅速下降的外特时，变压器应具有迅速下降的外特性，如图性，如图3-15所示，在额定负载时的输出电压所示，在额定负载时的输出电压 (焊钳焊钳与工件间的电弧与工件间的电弧)约为约为30V左右。左右。(3) 当短路当短路(焊钳与工件间接触焊钳与工件间接触)时，短路电流时，短路电流 不不应过大，一般应过大，一般 2 。2kI2kI任务任务3.3变压器的应用变压器的应用3.3.3电焊机变压器的认识与应用电焊机变压器的认识与应用3.3.3.1电焊工艺对变压器的要求电焊工艺对变压器的要求(4) 为了适应不同焊接工件和焊条，要求焊接电流大为了适应不同焊接工件和焊条，要求焊接电流大小在一定范围内要均匀可调。小在一定范围内要均匀可调。图图3-15电焊变压器的外特性电焊变压器的外特性任务任务3.3变压器的应用变压